Cátedra: Fundamentos de las Ciencias Naturales

Académico: Magister Paola Fontana Adasme

Unidad I: Materia y sus transformaciones y Fuerza y Movimiento Sustancias puras y mezclas.

LA MATERIA

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1. ¿Qué es la materia?2. ¿Cuántos estados tiene la materia? ¿Cuáles son los estados?

Nómbralos.3. Dibuja las moléculas en estado sólido, liquido y gaseoso.

CUARTO ESTADO: PLASMA

En física y química, se denomina plasma al cuarto estado de agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por lo que es un buen conductor eléctrico y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance.El plasma presenta características propias que no se dan en los sólidos, líquidos o gases, por lo que es considerado otro estado de agregación de la materia. Como el gas, el plasma no tiene una forma definida o un volumen definido, a no ser que esté encerrado en un contenedor; pero a diferencia del gas en el que no existen efectos colectivos importantes, el plasma bajo la influencia de un campo magnético puede formar estructuras como filamentos, rayos y capas dobles. Los átomos de este estado se mueven libremente; cuanto más alta es la temperatura más rápido se mueven los átomos en el gas y en el momento de colisionar la velocidad es tan alta que se produce un desprendimiento de electrones.

FORMAS COMUNES DE PLASMA

Producidos artificialmente

Plasmas terrestresPlasmas espaciales y astrofísicos:

•En los televisores o monitores con pantalla de plasma.•En el interior de los tubos fluorescentes (iluminación de bajo consumo).•En soldaduras de arco eléctrico bajo protección por gas (TIG, MIG/MAG, etc.)•Materia expulsada para la propulsión de cohetes.•La región que rodea al escudo térmico de una nave espacial durante su entrada en la atmósfera.•El interior de los reactores de fusión.•Las descargas eléctricas de uso industrial.•Las bolas de plasma.

•Los rayos durante una tormenta.•La ionosfera.•La aurora boreal.

•Las estrellas (por ejemplo, el Sol).•Los vientos solares.•El medio interplanetario (la materia entre los planetas del Sistema Solar), el medio interestelar (la materia entre las estrellas) y el medio intergaláctico (la materia entre las galaxias).•Los discos de acrecimiento.•Las nebulosas intergalácticas.•Ambiplasma

TAREA 1

• Elaborar un esquema gráfico de los Estados de la Materia.

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias.Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal.Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.

CAMBIOS DE ESTADO

•En el estado sólido las partículas están ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus posiciones. A medida que calentamos el agua, las partículas ganan energía y se mueven más deprisa, pero conservan sus posiciones.

Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión (0ºC) la velocidad de las partículas es lo suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción del estado sólido y abandonan las posiciones fijas que ocupan. La estructura cristalina se va desmoronando poco a poco. Durante todo el proceso de fusión del hielo la temperatura se mantiene constante.

•En el estado líquido las partículas están muy próximas, moviéndose con libertad y de forma desordenada. A medida que calentamos el líquido, las partículas se mueven más rápido y la temperatura aumenta. En la superficie del líquido se da el proceso de vaporización, algunas partículas tienen la suficiente energía para escapar. Si la temperatura aumenta, el número de partículas que se escapan es mayor, es decir, el líquido se evapora más rápidamente.

•Cuando la temperatura del líquido alcanza el punto de ebullición, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de vaporización, además de darse en la superficie, se produce en cualquier punto del interior, formándose las típicas burbujas de vapor de agua, que suben a la superficie. En este punto la energía comunicada por la llama se invierte en lanzar a las partículas al estado gaseoso, y la temperatura del líquido no cambia (100ºC).

•En el estado de vapor, las partículas de agua se mueven libremente, ocupando mucho más espacio que en estado líquido. Si calentamos el vapor de agua, la energía la absorben las partículas y ganan velocidad, por lo tanto la temperatura sube.

SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS

SUSTANCIAS PURAS

•El color •El sabor

•La densidad : es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo.

•La temperatura de fusión :es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado sólido a estado líquido.

•El olor

•La temperatura de ebullición :es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado líquido a estado gaseoso.

Las sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales. Tienen propiedades especificas bien definidas. Estas propiedades no varían, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.Algunas de estas propiedades son:

Por ejemplo, el agua líquida tiene una densidad de 1 g/cm3,y esta propiedad se mantiene constante, incluso si el agua forma parte de una disolución.

Son sustancias puras el agua, el alcohol, el nitrógeno, el oxígeno.

MEZCLAS

Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas diferentes. Las mezclas no tienen propiedades especificas bien definidas. Las propiedades dependen de su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos ingredientes de la mezcla.

Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.

Hay dos clases de mezclas:-Mezclas homogéneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc.

- Mezclas heterogéneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo.

Disoluciones  Disolución y una mezcla homogénea son sinónimos. 

Hay muchos tipos de disoluciones, algunos ejemplos:

Disolución de gas en gas, por ejemplo el aire. Para separar sus componentes hay que licuar el aire, enfriándolo muchísimo, y luego calentarlo y hacerlo hervir a distintas temperaturas (una para cada componente).

Disolución de sólido en líquido, por ejemplo el agua del mar. Para separar sus componentes primero hay que evaporar el agua.

Aleación. Es una disolución de dos o más metales o de un metal con otro componente sólido como el carbón. Para formarlas, hay que fundir los metales, mezclarlos y dejarlos enfriar. Para separar los componentes primero hay que fundirlos.

COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN.

Todas las disoluciones tienen dos componentes:

El disolvente es el componente que se encuentra en mayor proporción. Este componente no cambia de estado.

El soluto es el componente que está en menor proporción. Con frecuencia cambia de estado. Una disolución puede contener varios solutos.

CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN.Se llama concentración de una disolución a la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de disolución.Llamamos solubilidad a la cantidad máxima de una sustancia que se puede disolver en 100 g de agua, a una temperatura dada. Si aumentamos la temperatura de una disolución, en general, aumenta su solubilidad.

La forma más habitual de expresar la concentración es el tanto por ciento, que indica las partes de soluto que hay por cada 100 partes de disolución.En función de la cantidad de soluto que hay en una disolución, ésta puede ser saturada, concentrada o diluida.

Una disolución está saturada cuando el disolvente no admite más cantidad de soluto.

Una disolución es concentrada cuando tiene mucho soluto en una cantidad de disolución.

Una disolución es diluida cuando tiene poco soluto en una cantidad de disolución.

Separación de los componentes

Las técnicas que se emplean para separar unas sustancias de otras, en una mezcla o en una disolución depende de las sustancias y del modo en que estén unidas.

Podemos distinguir:

Métodos mecánicos para la separación de mezclas.

Métodos térmicos para la separación de disoluciones.

Métodos mecánicos para la separación de mezclas.

DecantaciónSe emplea para separar las mezclas formadas por capas, por ejemplo, las mezclas de agua y aceite.El procedimiento consiste en separar (decantar) una de las capas, la superior o la inferior, intentando que las demás queden en el recipiente que contiene la mezcla.

Cuando se trata de una mezcla de varios líquidos inmiscibles, para separarlos, se coloca esta en un embudo de decantación, en el que los líquidos más densos quedan en el fondo. Abriendo y cerrando la llave, podemos separarlos en distintos recipientes

Sedimentación Se emplea para separar sólidos en suspensión acuosa, como los que se puede encontrarse en las depuradoras.El procedimiento consiste en dejar el líquido turbio en reposo el tiempo necesario para que los componentes sólidos caigan al fondo por su mayor densidad.

Centrifugación En realidad, es un proceso de sedimentación acelerado. Si el líquido turbio se pone en un recipiente y luego se le hace girar a alta velocidad en una centrifugadora, los fragmentos sólidos se irán al fondo enseguida.

Filtración Cuando la cantidad de sólidos mezclada con los líquidos es pequeña o cuando los líquidos obtenidos de la sedimentación siguen turbios, se recurre a la filtración. La filtración consiste en hacer pasar el líquido a través de un material poroso, generalmente papel de filtro, cuyo tamaño de poro sea inferior al de las partículas sólidas en suspensión.

Separación magnética La separación magnética se utiliza para extraer los minerales ferro magnéticos, como la magnetita; para separar el hierro y otros metales de las basuras, etc.

MÉTODOS TÉRMICOS PARA LA SEPARACIÓN DE DISOLUCIONES Evaporación a sequedadSi tenemos una disolución líquida en la que el soluto es un sólido podemos separar el soluto del disolvente calentando lo suficiente para que este hierva, o se evapore, dejando como residuo el soluto, que es un polvo amorfo, no cristalino.Este es un procedimiento rápido y por ello muy utilizado en la industria.En el laboratorio para evaporar a sequedad se utiliza una cápsula de porcelana. Este procedimiento no debe usarse cuando los disolventes son inflamables

CristalizaciónEs una técnica similar a la evaporación a sequedad, sólo que en este caso no calentamos la disolución, sino que se deja que el disolvente, por lo general agua, se evapore de forma lenta debido al calor del ambiente.Es un proceso más lento que la evaporación a sequedad, pero el soluto se obtiene formando cristales. Es el procedimiento ideal para formar cristales muy perfectos de cualquier sustancia soluble.La cristalización se emplea industrialmente par obtener la sal a partir del agua del mar.

Destilación

La destilación es el procedimiento mas adecuado para obtener líquidos muy puros y también para separar los componentes de disoluciones de líquido en líquido, como es el caso del petróleo o la obtención de alcohol a partir de vinos de mala calidad u otros líquidos fermentados.